基于膜空气吹扫技术的农业温室增施CO2研究

以甘氨酸钾（PG）富CO2溶液（富液）为对象,研究了采用膜空气吹扫技术将富液CO2再生与温室CO2气肥增施融合的可行性,并得出了设施番茄栽培的增施CO2方案。结果表明：在40~80℃时,PG富液初始CO2负荷越高,CO2再生程度越大,释放的CO2量越多,且在约60min时即可达到再生平衡。在可控参数的最佳条件下（气相流速6L/min、初始CO2负荷0.75mol/mol和再生时间60min）,仅通过调节液相流速和再生温度即可控制膜空气吹扫再生的CO2产量。针对标准农业温室（600m3）内的设施番茄栽培,可采用两种CO2气肥增施方案：先将温室内CO2浓度迅速增施至最大浓度,随后根据植物光合情况随时补充;或是先计算番茄在某一段时间内所需的CO2总气量,然后以一定速率均匀地增施到温室中。与传统增施技术相比,富液再生增施CO2技术具有更低增施成本与生态环境敏感性,成本最高可降低约58.00%。对于1000m3/d沼气产量的生物天然气工程,以富液为载体时,仅需3个连栋温室即可完全消纳沼气提纯中所需脱除的CO2。     

NaCl和KCl盐度对厌氧污泥的驯化及对比产甲烷活性的影响

研究了NaCl和KCl盐度对厌氧污泥的驯化及盐度对厌氧污泥比产甲烷活性的影响.试验表明,当NaCl和KCl盐度为0～10 g·L-1时,絮状污泥A,B的COD去除率均达到87%以上;当NaCl和KCl盐度为20g·L-1时,絮状污泥A,B的COD去除率分别为84%和74.6%;当NaCl和KCl盐度为30 g·L-1时,絮状污泥A和B均有较差的COD降解效果,且KCl对COD降解的抑制影响大于NaCl.经过驯化后的污泥,10 g·L-1 NaCl或KCl都会对颗粒污泥产生SMA促进作用;10 g·L-1 NaCl对絮状污泥SMA产生轻微抑制,而10 g·L-1 KCl对絮状污泥SMA不会产生抑制影响.20 g·L-1 NaCl或KCl会对颗粒污泥SMA产生轻微抑制,而20 g·L-1 NaCl或KCl都对絮状污泥SMA产生中度抑制.30 g·L-1 NaCl或KCl对颗粒污泥和絮状污泥SMA均产生强烈抑制.     

合成气生物甲烷化影响因素研究

随着石化资源的日益减少以及环境问题越来越受到人们的重视,可持续再生的清洁能源也逐渐成为人们关注的热点。根据我国特殊的"富煤、少油、贫气"能源结构以及丰富的生物质资源,煤炭和生物质经热解气化技术所得合成气经生物转化作用生产高品质生物燃气的技术在近年来逐渐成为研究者的研究重点。文章主要研究了合成气生物甲烷化技术中温度、气液传质速率等因素对转化效率的影响。研究发现:利用模拟合成气(SSG)为原料气体,气体组成为(H_2:CO:CH_4:CO_2)为7:6:3:4,CO分压为0.1 atm,反应体积为1.2 L,HRT为24 h的条件下,对比37℃,45℃,55℃体系中甲烷含量及液相分析,发现37℃下,体系长期运行更稳定,且甲烷含量相较于高温也较高;而在同一温度下,高转速时系统转化效果更好,说明了气液传质过程对该体系的重要性。     

以富CO2吸收液为汲取液的沼液中水正渗透回收特性研究

针对沼气工程存在的沼液量大难处理问题及沼气提纯的需求,提出将正渗透技术与沼气CO2化学吸收分离耦合,探究了沼气CO2化学吸收中的富CO2吸收液作为正渗透汲取液从沼液中回收水及浓缩沼液的可行性,并以沼液浓缩过程中的水通量、沼液浓缩倍数、沼液氨氮截留率与吸收剂反向传质通量为指标,考察了汲取液种类、汲取液浓度与其他操作参数对正渗透水回收性能的影响。结果表明,富CO2吸收液作为汲取液从沼液中回收水并浓缩沼液具有可行性,且随着汲取液浓度、流量和温度的增加,沼液中水向汲取液的传质通量增加,沼液浓缩倍数也相应增加,但沼液中氨氮截留率下降,同时汲取液中的吸收剂溶质向沼液的反向传质通量也增加。当采用浓度2.5mol/L、CO2负荷0.5mol/mol的富CO2甘氨酸钾溶液作为汲取液,汲取液温度为70℃、流速为150mL/min、沼液室温及流速为150mL/min时,采用正渗透技术从沼液中回收水的初始通量达8.05L/（m2·h）,经过4h运行后,沼液浓缩倍数为1.18,氨氮截留率为84.13%,反向吸收剂通量仅为2.94g/（m2·h）。     

反应条件对MEA溶液提纯沼气传质性能的影响

对吸收剂浓度、进气流量及CO2体积分数、进液温度等反应条件对MEA溶液吸收沼气中CO2过程的八田数Ha、增强因子E及总体积传质系数KGae的影响进行了实验研究,并对吸收过程中反应对传质性能的影响及拟一级反应的条件进行了分析。结果表明:吸收过程中的八田数Ha、增强因子E及总体积传质系数KGae随吸收剂浓度增加而增大;随进气中CO2体积分数增加而减小;当进气流量增加时,Ha、E减小,KGae先增大后减小;Ha、E及KGae随吸收温度增加而增大,当吸收温度高于57.4℃时,KGae逐渐减小。在此条件下,仅当吸收剂浓度高于2.5 mol/L或者进气流量低于5.73 kmol/(m2·h)时,MEA与CO2的反应可用拟一级反应描述。研究结果可为沼气提纯工艺的优化及技术开发提供参考。     

基于沼气压力调控的厌氧干发酵研究

针对制约厌氧干发酵技术推广应用的传质限制、搅拌能耗高和产气率低等瓶颈问题,文章提出了基于"周期性聚气增压,间歇性喷淋强化传质、定期快速释气泄压"压力调控的干发酵工艺。采用蔬菜废弃物和芦竹秸秆作为混合发酵原料进行中温发酵试验,研究了压力调控下干发酵的产气效果,pH值的变化及原料降解的情况。结果表明:发酵底物浓度为15%时,压力调控组的最大日产气率为62.55 mL·g~(-1)VS,相对其对照组提高了29.64%;经过50 d发酵后累积产气率为820.47 mL·g~(-1)VS,是其对照组的2.09倍;pH值均在7.0~7.69之间波动,运行良好,所产沼气中CH_4含量高达79.12%;其纤维素降解率达30.2%,约为对照组的1.2倍。表明压力调控可促进干发酵直接产出CH_4含量较高的生物天然气。     

中试级沼气膜精制纯化关键部件—膜组件设计与实验研究

文章基于串并联二级膜渗透气回流重脱技术,设计并研制了处理气量为50 m~3·h-1的中试级内压逆流型沼气精制膜组件。研究结果表明:当进气压力为1.0 MPa时,只用一级膜分离纯化时,产品气CH4的含量可高达89.34%,其回收率约71.62%;当采用二级膜分离纯化时,产品气CH4的含量最高可达96.63%,其回收率约85.24%;当其它条件不变时,采用二级膜渗透气回流重脱方案,产品气甲烷回收率比不采用此方案可从71.62%增至85.24%。按某厂日产1万m~3沼气计算,由技术经济分析可知,采用二级膜渗透气回流重脱方案,相当于每天可挽回636 m~3车用压缩燃气,即每天可供4辆出租车用气。该试验为应用沼气膜精制提纯技术装备将低质低值沼气向高品质天然气级燃料转化提供了技术支持。     

有机负荷对UASB产氢反应器中颗粒污泥的影响研究

为增强产氢颗粒污泥性能,通过UASB反应器进行中温连续产氢试验,探索有机负荷对产氢颗粒污泥性能的影响。结果表明:随着有机负荷的逐渐增加,产氢速率、颗粒污泥粒径、胞外聚合物(EPS)含量逐渐增加,颗粒污泥沉降性能和强度明显提高。在有机负荷为80gCOD/(L.d)时,产氢速率达到最大值8.6L/(L.d);当有机负荷进一步增加至90gCOD/(L.d)时,紧密结合的胞外聚合物(TB-EPS)的含量减少,松散附着的胞外聚合物(LB-EPS)的含量增加,导致颗粒污泥沉降性能和强度变差,产氢速率降低。因此,适度增加有机负荷可增强产氢颗粒污泥的强度及沉降性能,进而提高其产氢效率。     

农村户用沼气发酵主要工艺参数的优选研究

采用自制沼气发酵装置,以沼气产气量,甲烷含量,COD去除率为响应指标,通过L9(34)正交实验,对沼气发酵工艺参数进行优化配置,得到理论最优条件为:发酵原料池外堆沤,间隔5 d投料,接种沼气池污泥,接种量为30%;实际最优条件为:发酵原料不堆沤,投料间隔时间为9 d,接种沼气池污泥,接种量为30%.     

不同生物预处理方式对污泥厌氧消化过程性能的影响

利用微生物处理技术对经聚丙烯酰胺脱水后的污泥进行不同方式微生物预处理,研究进料总固体(TS)质量分数为3%、发酵温度为35℃时厌氧消化过程中累积产气量与产甲烷含量、p H值、氨氮和化学需氧量(TCOD)等参数的变化趋势,探索真菌宛氏拟青霉不同预处理方式对脱水污泥厌氧消化过程特性的影响。试验结果表明:微生物预处理脱水污泥厌氧消化技术具有较好的可行性。直接添加宛氏拟青霉和添加宛氏拟青霉预处理2 d的污泥进行厌氧消化反应能够有效提高产气量和产甲烷量,加快水解速率,促进污泥中有机物的有效降解,使产甲烷过程顺利进行。直接添加宛氏拟青霉处理的产甲烷效果最优,其净累积产气量和产甲烷量较纯污泥分别提高85.79%和42.76%,且1 kg污泥可产甲烷12.69 L,较纯污泥提高42.74%。     

批量式沼气发酵中细菌类群变化及其与产气之间的相关性

在相同温度和初始发酵液条件下,采用DGGE指纹图谱结合沼气产量与成分,对批量式沼气发酵的3个发酵重复的分析,表明了沼气发酵体系中细菌类群丰富的多样性。随着发酵的进行,细菌绝对数量先增加后趋于稳定;细菌类群发生明显的变化,发酵时间越长,发酵前后的细菌类群区别越大;有的细菌类群始终保持优势,不受产气速率、甲烷含量和温度变化的影响;有的细菌类群在特定发酵时期处于优势地位,且与产气速率和甲烷含量的变化存在相关性;发酵前84天的DGGE分析表明,3个重复的细菌类群特别是优势类群的变化基本同步,但也存在一定区别,相似度在65%~83%之间。与细菌类群变化相对应,三个重复的产气速率和甲烷含量的变化也基本同步,在发酵前55天,5日产气量在2~8 L之间,甲烷体积百分数从65%下降到30%~45%之间。发酵60天到100天,产气速率迅速升高并达到高峰,高峰时的5日产气量达到20 L,甲烷体积百分数迅速升高并达到顶峰为72%~75%;从较短的发酵期间来看,3个重复的产气速率和甲烷含量也存较明显区别,这与3个重复在同一时期细菌类群存在一定的差异性相对应。     

微波辅助生物质焦炭诱导甲苯裂解和重整试验

选用甲苯模拟焦油芳香环物质,研究微波辅助生物质焦炭诱导甲苯裂解和重整反应规律、产物特性和焦炭变化。试验结果表明,焦炭对甲苯裂解有催化作用,微波环境易于甲苯裂解。甲苯裂解率和氢气选择性与温度正相关,750℃是适宜的温度选项,此温度下裂解率与氢气选择性分别为92.77%和91.94%,此后无明显变化。通入CO2促使甲苯重整制备合成气,700℃最高转化率92.03%和最大合成气收率91.30%均在CO2流量为80 m L/min时实现,H2/CO值随CO2流量的加大而降低直至0.22。通入CO2导致焦炭碳质量变化率增加,700℃最高达5.42%,此部分碳转化合成气,对合成气产率的贡献率最高可达15.40%。通入CO2可减缓积碳对甲苯转化的不利影响。     

初始pH值对微波预处理颗粒污泥厌氧发酵制氢的影响

以高浓度有机废水为发酵底物,接种颗粒污泥进行厌氧发酵制氢,通过批量试验研究了初始pH值对经微波预处理后的颗粒污泥厌氧发酵产氢的影响.结果表明:初始pH为9.0时,产氢效果最好,此时的比产氢速率达到24.23 mmolH2·(gCOD·d)-1,COD去除率约为31％,出水挥发性脂肪酸浓度为3768 mg·L-1.     

厌氧颗粒污泥的形成及其特性的试验研究

本文叙述了容积21升的小型厌氧升流式污泥层(UASB)反应器内污泥在35±1℃下的颗粒化过程。进料分别用工业葡萄糖液和啤酒厂废水,接种污泥用双层沉淀池消化污泥。颗粒污泥的培养过程可分为三个阶段:启动运行阶段、颗粒污泥出现阶段和颗粒污泥成熟阶段。颗粒污泥直径约0.1～2毫米,比重约1.05,在反应器中的 SVI 为21毫升/克 SS,最大 COD 去除速率为1.2～1.9克 COD/克 VSS·日,辅酶 F_(420)含量在0.13～0.29微摩尔/克 VSS,有很好的沉降性能和产甲烷活性。污泥颗粒化后的反应器处理啤酒厂废水的 COD 容积负荷达30公斤/米~3·日,COD 去除率90%左右,水力停留时间可至3小时。颗粒污泥的 VSS/SS 可高迟0.85,含有铁、镍和锌等元素。作者认为中温条件下培养颗粒污泥的基本条件有:(1)COD 污泥负荷大于0.6克 COD/克 VSS·日;(2)表面负荷大于0.4米~3/米~2·时;(3)有适当的营养物、存在微量元素和无抑制物,pH6.5～7.2和35～40℃培养温度;(4)排除沉降性差的絮状泥。     

沼液回流对牛粪厌氧发酵产气特性及其动力学的影响

在中温条件(37±1)℃下采用连续搅拌反应器(CSTR)研究了沼液长期回流对牛粪厌氧发酵过程中产气特性及其微生物动力学的影响,对不同有机负荷下发酵罐运行参数的动态变化进行了持续监测,并进行了相关的动力学分析。结果表明:在水力停留时间为40 d,有机负荷为3.0 g/(L·d)的条件下,将50%的沼液进行回流时,能够提高基质产甲烷率,促进厌氧发酵系统中微生物的合成代谢,但由于难降解物质累积,传质效果降低仍使得回流组日产气量及甲烷产量呈下降趋势,处理组的沼气容积日产气量从1.07 L/L逐渐降至0.83 L/L,降低了22.4%。沼液回流引起了p H值、NH+4-N、溶解性化学需氧量(SCOD)等指标的升高,但未达到抑制水平。回流导致牛粪厌氧发酵产气量下降的最主要因素可能是由于粘度从50 m Pa·s迅速升高至116 m Pa·s而引起的传热传质阻力变大。在以牛粪为原料的沼气工程应用沼液回流工艺时需要合理选择回流比例或在回流前对沼液进行适当的处理来保证工程的长期稳定运行。     

A/O生物膜-活性污泥复合工艺处理养猪场沼液研究

文章采用缺氧-好氧(A/O)生物膜-活性污泥复合工艺处理养猪场沼液。研究了水力停留时间(HRT)、硝化液回流比等工艺参数对处理效果的影响,分析了缺氧池、好氧池分别对污水中化学需氧量(COD)和总氮(TN)的去除情况。结果表明:考虑对氨氮(NH+4-N),COD和TN去除的影响,最佳HRT为6 d,硝化液最佳回流比为200%;硝化液回流比为200%,污泥回流比为60%时,缺氧池、好氧池对TN去除率分别为88.38%和11.62%,对COD去除率分别为81.77%和18.23%,其中缺氧池反硝化、好氧池异养菌和好氧池SND(同步硝化反硝化)对COD的去除率分别为81.77%,8.60%和9.23%。     

有机胺基氨基酸盐吸收剂的沼气CO2分离特性

在鼓泡式CO2吸收和再生装置中对有机胺基氨基酸盐吸收剂的沼气CO2吸收和再生特性进行了研究,并与乙醇胺(MEA)和哌嗪(PZ)进行了对比。试验中,气相为典型的模拟沼气氛围(CO2与CH4体积分数比为4∶6,常压),液相CO2吸收温度为35℃,再生温度为75℃,并辅以纯CH4作为吹扫气。结果表明:当达到CO2吸收和再生平衡时,质量分数为30%的4种乙醇胺基氨基酸盐吸收剂对CO2的净携带容量均优于MEA,且乙醇胺基鸟氨酸盐(MEAORN)的CO2净携带容量最高(0.733 mol/mol),比第二位、质量分数为15%的PZ高82.34%。同时,综合考虑能耗与投资成本,对吸收剂CO2分离成本的对比分析表明,MEAORN和PZ的沼气CO2分离成本低于MEA,而乙醇胺基氨基乙酸盐(MEAGLY)在大规模沼气提纯上具有替代MEA进行工程应用的潜能。     

沼气生物脱硫工艺的小试研究

对采用填料塔吸收和生物氧化工艺去除沼气中H2S进行小试研究,生物氧化采用生物膜工艺。研究了pH,气液体积比,吸收液温度和溶解氧浓度等因素对去除H2S的影响。沼气中H2S含量在3000~4000 mg.m-3,吸收液pH为7.8左右,气液体积比10∶1,吸收液温度25℃条件下,处理后H2S浓度低于200 mg.m-3,H2S去除率大于90%。H2S生物氧化主要产物为单质硫和SO42-,控制DO在1.0 mg.L-1左右,生成硫酸根比例小于5%。     

厌氧分解木质纤维素水解残渣中难降解性糖类研究

木质纤维素的生物炼制普遍存在纤维素水解不完全的问题。难降解性糖类大量存在于水解残渣中,既降低了纤维素的糖得率,也影响了水解残渣的回收利用。文章利用厌氧微生物来分解水解残渣中的难降解性糖类并将其转化为沼气,研究了不同温度和接种比例条件下难降解性糖类的厌氧降解性能。结果显示,厌氧消化后水解残渣中聚糖含量显著降低;厌氧分解后的聚糖含量随接种比例的增大而降低,聚糖降解率随接种比例的增大而升高,高温条件下的降解程度高于中温条件。优化条件下,厌氧分解后葡聚糖和木聚糖含量分别降低至4%和1%左右,水解残渣的累积甲烷产量可达184.70 mL·g~(-1) VS。研究结果证实了厌氧分解水解残渣中难降解性糖类的可行性,为木质纤维素生物炼制过程水解残渣的回收利用提供了新的途径。     

猪粪麦秸反应器好氧堆肥工艺参数优化

为了探讨不同初始工艺参数(初始碳氮比、通风速率和初始含水率)对猪粪好氧堆肥过程可挥发性固体降解率η、相对热产量H<,R以及堆体温度超过灭菌温度时间t的影响,以千麦秸作调理剂,选择初始碳氮比分别为20、25、30、35,通风速率分别为0.18、0.26、0.34、0.42L/(min·kg),初始含水率分别为55%、60%、65%、70%,进行强制通风好氧堆肥单因素重复试验.在单因素试验基础上,进行了三因素三水平正交优化堆肥试验L<,9(34).试验结果表明:不同初始碳氮比对η和H<,R影响显著,对t影响极显著,通风速率和初始含水率对堆肥过程η有一定影响,但对H<,R及t影响不显著.结合正交试验结果,猪粪麦秸强制通风好氧堆肥优选工艺参数组合为:初始碳氮比20、通风速率0.34 L/(min·kg)、初始含水率65%.